简介这份资料是2024年江西省大学生科技创新竞赛电子专题设计竞赛仿真设计赛项的完整赛题说明文档面向备战省级电子设计竞赛的高校学生与指导教师尤其适合以Proteus仿真、STM32F1或51单片机为主控开展综合系统设计的参赛者。资源为1个PDF文件压缩包约567KB篇幅紧凑却信息密集系统交代了竞赛纪律、JX2024-XXX提交文件夹的命名与分层组织规则、工程与代码整理要求及雷同判定等注意事项并给出智能巡逻机器人赛题的完整任务书。内容围绕循迹、超声波避障、舵机方位检测、DHT11温湿度与空气质量采集、液晶中文显示和串口通信展开逐条列出开机蜂鸣与界面显示、仓库1与仓库2巡检停留、数据上报格式“C1 T:XX H:XX A:XX”、返航停止及串口强制返航等分项功能要求配有底盘属性、硬件框图与地图示意。已有651人学习可帮助读者快速把握赛题评分点、搭建仿真工程并逐项对照调试。1. 从一张 map.png 开始的仿真赛题这套 Proteus 工程到底考什么去年帮人看一份省级电子专题赛仿真赛道的提交包解压后两层密码进去发现 Proteus 工程打开直接报模型缺失代码工程里躺着三个版本的 main.c演示视频录了两遍。功能其实都做出来了但按评分细则里工程打开后直接可以仿真提交内容只能出现一份这两条直接判不合格。这类赛题省级电子专题赛仿真设计方向的残酷之处就在这儿它不考你会不会写代码考的是你能不能在离线、无外网、只有自带示例资料的条件下把一套智能巡逻机器人从原理图到代码到文档做成一个别人双击就能跑的黑匣子。这套资源包含 Proteus 工程、单片机代码、说明文档和功能演示视频核心任务是循迹、超声波避障、舵机扫查、DHT11 温湿度、电位器模拟空气质量、中文液晶显示和串口上报主控可选 51 或 STM32F1。适合正在备赛的人也适合想练一遍多传感器分时调度的嵌入式新手。2. 主控与外设落图51 和 STM32F1 两条路线怎么选、引脚怎么排选题第一步不是画图是定主控。这一步定错后面所有引脚分配、定时器分配、串口帧发送全要重排血泪经验是能不返工就别返工。2.1 51 与 STM32F1 的取舍不是性能问题是仿真模型问题赛题明确允许 STM32F1 系列或 51 系列很多人第一反应是 STM32 更强实际上在 Proteus 仿真场景里这个选择的判断维度完全不一样。51 路线以 AT89C52 为代表的优势是模型成熟、行为可预测。Proteus 里的 8051 模型经过多年迭代定时器、串口、外部中断的时序基本和实物一致不会出现代码没错但仿真不动的玄学。缺点是资源紧256 字节 RAM、8KB Flash中文液晶字库如果走自建字模光字模表就能吃掉一大半空间PWM 只能靠定时器软件翻转两路电机加一路舵机就是三个软件定时任务调度写不好就抖。STM32F1 路线Proteus 里常用 STM32F103R6的优势是外设齐三个通用定时器可以分别出两路电机 PWM 和一路 50Hz 舵机 PWMADC 直接读电位器模拟空气质量串口有余量可以留一路做调试打印。坑在于时钟树——Proteus 的 STM32 模型对 HSE 晶振模型比较敏感如果工程里选了外部晶振但晶振元件属性没配对代码会卡在RCC_WaitForHSEStartUp里死等现象就是仿真跑了但一行代码都没执行。我的建议是如果目标只是把赛题功能稳定跑通、留出时间打磨文档和视频选 51如果想把空气质量做成真实 ADC 采样、并且后续要扩展到更多外设选 STM32F1但一定要在工程里先把时钟配成内部 HSI绕开晶振模型这个不确定性。维度51AT89C52STM32F103对赛题的影响Proteus 模型成熟度高时序稳定中时钟配置敏感51 少踩坑定时器资源2 个 16 位多个含高级定时器STM32 出 PWM 更轻松ADC无需外挂 ADC0832内置 12 位空气质量采样 STM32 更直接RAM/Flash256B / 8KB20KB / 64KB中文字库 51 吃紧串口1 路多路都不影响赛题调试信息只能靠液晶可留一路串口打印STM32 排错快2.2 底盘四个模块在仿真里的等效接法赛题给的底盘包含超声波模块、电机模块、光电传感器、舵机模块还要求加载 map.png 作为地图底图。仿真里没有真实物理世界这四类模块都要用行为等价的模型替代理解这一点比接线本身重要。电机模块Proteus 里没有能真实转动的轮子常见做法是用 L298N 驱动模型带两个直流电机模型MOTOR 或 MOTOR-PWM电机的转速属性受驱动占空比影响你可以在电机两端挂示波器看波形用占空比判断转向逻辑对不对。循迹和避障的逻辑正确性靠的是电机转向组合不是转速绝对值所以不必纠结模型转速和实物是否一致。光电传感器用五路左二、中、右二模拟光电对管压黑线时输出低电平白底输出高电平。Proteus 里可以用开关手动切换也可以用信号源按预设时序翻转做自测时手动切换反而更方便验证权重算法。超声波模块用 SRF04 或 HC-SR04 模型Trig 给 10 微秒以上高电平触发Echo 输出高电平脉宽距离换算常见公式是脉宽微秒除以 58 得到厘米。赛题只要求避障不要求精度所以回声脉宽可以直接用模型默认值不必做温度补偿。舵机模块用 SERVO 模型控制信号是 20ms 周期的 PWM高电平 0.5ms 到 2.5ms 对应 0 到 180 度1.5ms 是中位。这里有个容易翻车的点舵机模型的供电属性默认可能是 5V如果原理图里给了 3.3V模型不报错但不动现象很像PWM 没输出。map.png 只是底图不参与电气仿真。机器人在地图上的位置靠代码里的逻辑坐标维护这一点想通了后面状态机就好写——你不需要真的让模型在地图上移动只需要让液晶和串口的状态跟逻辑坐标一致。2.3 引脚分配表与最小可仿真原则引脚分配要在画图之前定死写成宏定义后面改一处就能全局生效。下面是一份可以直接照抄的分配参考51 和 STM32 各一列注意 51 的 P3.2、P3.3 被外部中断占用按键和超声波 Trig 要避开。功能51AT89C52STM32F103电气注意五路光电循迹P1.0 ~ P1.4PB0 ~ PB4压黑线为低左电机 PWM / 方向P2.0 / P2.1PA0 / PA1接 L298N IN1、IN2右电机 PWM / 方向P2.2 / P2.3PA2 / PA3接 L298N IN3、IN4超声波 Trig / EchoP1.5 / P3.3PB6 / PB7Echo 走外部中断或输入捕获舵机 PWMP2.4PA620ms 周期1.5ms 中位DHT11 DATAP3.4PB5单总线上拉 4.7k空气质量电位器P1.6经 ADC0832PA40~255 线性映射到 0~99液晶数据口P0PB8 ~ PB15并口 8 位液晶控制线P3.5 / P3.6 / P3.7PC0 ~ PC2RS / RW / EN按键 K1P3.2PC13下拉输入按下为高蜂鸣器P2.5PC14三极管驱动勿直连分配完之后先做一个最小可仿真版本只放主控、晶振、复位、电源和液晶代码里只写液晶初始化加一行显示确认能跑起来。这一步花十分钟能省掉后面几小时的排查——因为一旦全图铺开再出问题你无法判断是液晶模型、电源还是主控配置的锅。/* pins.h —— 引脚宏定义改主控只改这一个文件 */ #ifndef __PINS_H #define __PINS_H #ifdef MCU_51 #include reg52.h sbit TRIG P1^5; /* 超声波触发 */ sbit SERVO P2^4; /* 舵机 PWM */ sbit DHT_DATA P3^4; /* DHT11 单总线 */ sbit KEY1 P3^2; /* 启动按键 */ sbit BUZZER P2^5; /* 蜂鸣器低电平鸣响 */ #define TRACE_PORT P1 /* 低 5 位为五路光电 */ #else #include stm32f10x.h #define TRIG_PORT GPIOB #define TRIG_PIN GPIO_Pin_6 #define SERVO_PIN GPIO_Pin_6 /* PA6, TIM3_CH1 */ #define DHT_PORT GPIOB #define DHT_PIN GPIO_Pin_5 #define KEY_PORT GPIOC #define KEY_PIN GPIO_Pin_13 #define BUZZER_PORT GPIOC #define BUZZER_PIN GPIO_Pin_14 #endif #endif这段宏定义的作用是把主控差异收敛到一个头文件里。参数说明TRIG和SERVO在 51 上分别落在 P1.5 和 P2.4避开了 P3.2、P3.3 两个中断脚STM32 侧把舵机放在 PA6 上是因为 PA6 对应 TIM3_CH1可以直接用硬件 PWM不用软件模拟。BUZZER用低电平鸣响是照顾常见的三极管驱动电路如果你的原理图里蜂鸣器直接接 IO就要把极性反过来否则上电三响会变成上电长鸣——这是我在第一版工程里踩过的坑录视频的时候才发现重录了一遍。3. 把功能条款翻成状态机7 个状态、4 位秒计时与串口帧赛题的功能描述是按功能 1 到功能 4写的看起来是四条独立要求实际执行是一条时间线上串起来的流程。直接照着条款写if-else代码会迅速失控正确做法是先画状态迁移图再把每个状态的动作拆成进入时做什么、停留期间做什么、退出时做什么。3.1 七状态迁移表与四位秒计时把整个巡检流程拆成七个状态待机、前往仓库 1、在仓库 1 停留、前往仓库 2、在仓库 2 停留、返回巡检站、已停止。每个状态的进入条件、停留时长、输出动作都不一样用表格锁死比在脑子里想清楚可靠得多。状态进入条件持续动作停留时长退出条件S0 待机上电完成液晶显示开机界面蜂鸣器三响不定K1 按下S1 前往仓库1S0 退出循迹 避障黄灯闪烁液晶第四行计时不定到达仓库1S2 仓库1 报告S1 退出液晶切报告页串口发 C1 帧20 秒定时到S3 前往仓库2S2 退出循迹 避障黄灯闪烁不定到达仓库2S4 仓库2 报告S3 退出液晶切报告页串口发 C2 帧5 秒定时到S5 返回巡检站S4 退出循迹 避障黄灯闪烁不定回到起点S6 已停止S5 退出液晶显示停止页电机停转常驻无除非收到返航指令这里有两个设计要点。第一到达的判据不是时间是循迹传感器组合——必须在代码里定义清楚什么样的五路电平组合算到点标记否则状态永远退不出去。第二功能 4 要求串口指令能强制立即返航这条指令要能在除 S6 之外的任何状态被响应所以它不能写在某个状态的case里而要放在主循环的状态机之外做优先级最高的判断。四位秒计时用定时器中断做时基50ms 一次累加 20 次就是 1 秒。不要在中断里做液晶刷新中断只负责置标志位和计数刷新放主循环否则液晶时序会被打断Proteus 里表现为屏幕偶发花屏。/* 50ms 定时器中断只做计数不做耗时操作 */ volatile unsigned int g_tick50ms 0; volatile unsigned long g_seconds 0; volatile unsigned char g_flag_1s 0; void Timer0_ISR(void) interrupt 1 { /* 51: 12MHz 晶振50ms 定时初值 65536 - 50000 15536 */ TH0 0x3C; TL0 0xB0; if (g_tick50ms 20) { g_tick50ms 0; g_seconds; /* 全局秒计数供液晶四位显示 */ g_flag_1s 1; /* 1 秒事件标志主循环消费 */ } }逻辑说明中断服务函数只做三件事——重装初值、累加 50ms 计数、满 20 次进位到秒并置 1 秒标志。参数说明初值 15536 对应 12MHz 晶振下的 50ms 定时如果你的工程晶振属性设成了 11.0592MHz这个初值必须重算否则计时会慢约 8%20 秒停留实际变成 21.6 秒液晶上的 4 位秒数对不上评委会认为计时功能不合格。这一点在 Proteus 里尤其容易忽略因为主控元件的晶振频率是个双击就能改的属性默认值和你的代码假设经常不一致。3.2 串口帧格式与上报时机赛题给的帧格式是C1 T:XX H:XX A:XX其中 C1 表示仓库 1T 是温度H 是湿度A 是空气质量99 最好、0 最差。三个数值都是整数帧尾建议加回车换行串口调试助手才能一行一行显示。上报时机是这道题的一个隐藏考点进入报告状态后立即发一次还是停留期间周期性发赛题写的是串口通信模块打开远程传输数据没有明确要求周期但从需要手动调整传感器数值对应改变这句看评委大概率会在停留的 20 秒里拧电位器观察数值是否跟着变。所以稳妥做法是停留期间每 2 秒发一帧20 秒共 10 帧既能体现实时性又不会把串口缓冲塞满。/* 组帧并发送注意 sprintf 在 51 上开销大可用定长拼接替代 */ void report_send(unsigned char site, unsigned char t, unsigned char h, unsigned char a) { char buf[24]; /* site: 1 或 2数值均限制在 0~99保证格式固定 */ #ifdef MCU_51 sprintf(buf, C%bu T:%bu H:%bu A:%bu\r\n, site, t, h, a); #else sprintf(buf, C%d T:%d H:%d A:%d\r\n, site, t, h, a); #endif uart_send_string(buf); } /* 报告状态内的周期上报逻辑 */ void state_report(unsigned char site, unsigned char hold_sec) { static unsigned int last_sec 0; if (g_seconds - last_sec 2) { /* 每 2 秒发一帧 */ last_sec g_seconds; report_send(site, dht_temp, dht_humi, air_quality); } if (g_seconds - state_enter_sec hold_sec) { state_next(); /* 停留时间到迁移到下一状态 */ } }逻辑说明report_send只负责组帧和发送不关心当前处于哪个状态state_report用g_seconds的差值做周期判断避免了额外的软件定时器。参数说明site传 1 或 2 决定帧头是 C1 还是 C2hold_sec传 20 或 5对应仓库 1 和仓库 2 的停留时长last_sec用static保存状态切换时要记得清零否则从仓库 1 切到仓库 2 时会继承上一个状态的计时基准第一帧可能延迟发出。这个static变量忘了清的问题我在两个不同项目里都见过属于典型的状态机残留 bug。3.3 按键消抖与蜂鸣器三响上电蜂鸣器鸣响三次这个动作如果写成for(i0;i3;i){BUZZER0;delay(200);BUZZER1;delay(200);}主循环会被阻塞将近 1.2 秒这期间液晶初始化和串口初始化都做不了屏幕会出现一段空白再亮起来。虽然赛题不扣这个分但视频里看着很毛糙。正确做法是把三响做成非阻塞状态用一个计数器记录当前响到第几次用 1 秒标志位驱动每 200ms 翻转一次电平六次翻转完成三响。这样主循环在响的过程中照常跑初始化。按键消抖同理。K1 是启动键按下后进入工作状态这个动作必须只触发一次不能在按住期间反复触发。常见做法是 20ms 采样一次连续两次读到低电平才确认按下松开时同理。/* 非阻塞蜂鸣器三响在 1 秒标志或 100ms 时基里调用 */ void buzzer_task(void) { static unsigned char step 0; /* 0~5共六次翻转 */ static unsigned int last_ms 0; if (step 6) return; /* 三响完成直接退出 */ if (millis() - last_ms 200) return; last_ms millis(); BUZZER ~BUZZER; /* 翻转电平 */ step; } /* 按键扫描20ms 周期调用返回 1 表示一次有效按下 */ unsigned char key_scan(void) { static unsigned char cnt 0; static unsigned char last 1; unsigned char now KEY1; if (now ! last) { /* 电平变化重新计数 */ cnt 0; last now; return 0; } if (cnt 2) { cnt; return 0; } /* 连续两次一致才确认 */ if (now 0 cnt 2) { /* 下降沿有效 */ cnt 3; /* 锁定等松开 */ return 1; } return 0; }逻辑说明buzzer_task靠millis()差值驱动六次翻转对应三响全程不阻塞key_scan用连续两次采样一致 边沿锁定的方式消抖cnt到 3 之后不再返回 1避免长按重复触发。参数说明200ms 是蜂鸣器响/停的单次时长可根据蜂鸣器模型的响应速度调key_scan的调用周期必须是 20ms 左右太快会采样到抖动太慢会漏按。51 上没有millis()用前面的g_tick50ms换算即可这里写成millis()是为了让两种主控共用同一套逻辑。4. 循迹、避障、舵机扫查三段控制逻辑在仿真里的可跑通写法功能条款里自动循迹、避障到达指定仓库这一句展开来是三套独立又互相打断的逻辑循迹决定往哪走避障决定要不要停舵机扫查决定往哪绕。这三套逻辑如果各写各的定时器仿真里必然打架合理做法是全部挂在一个 20ms 的控制节拍上按优先级顺序执行。4.1 五路光电的位置式循迹五路光电从左到右记为 L2、L1、M、R1、R2压黑线输出低电平。最朴素的做法是穷举 32 种组合写switch能跑但没法调参更实用的做法是权重法给每一路一个权重加权求和得到偏差量偏差为正说明偏右为负说明偏左再用比例控制修正左右轮占空比。权重取 -2、-1、0、1、2偏差范围是 -2 到 2。偏差乘以一个比例系数 Kp 得到修正量左轮占空比 基础值 修正量右轮 基础值 - 修正量。Kp 太大会左右摇摆太小会弯道跟不上常见起步值是 30基础占空比 60 的情况下。/* 五路循迹返回 -2~2 的偏差0 表示居中 */ signed char trace_error(void) { unsigned char v TRACE_PORT 0x1F; /* 取低 5 位 */ signed char err 0; unsigned char i; /* 权重从高到低bit4R2(2) ... bit0L2(-2) */ for (i 0; i 5; i) { if (!(v (1 i))) { /* 低电平表示压线 */ err (signed char)(i - 2); /* 映射到 -2 ~ 2 */ } } /* 全黑或全白视为丢线沿用上一次偏差 */ if (v 0x00 || v 0x1F) { static signed char last_err 0; return last_err; } return err; } /* 循迹控制20ms 调用一次 */ void trace_task(void) { signed char e trace_error(); int base 60; /* 基础占空比单位 % */ int kp 25; /* 比例系数调试起点 */ int left base e * kp; int right base - e * kp; if (left 0) left 0; if (left 100) left 100; if (right 0) right 0; if (right 100) right 100; motor_set(left, right); }逻辑说明trace_error遍历五位压线的位按位置加权累加得到 -2 到 2 的偏差全黑0x00和全白0x1F都判为丢线沿用上一次偏差避免在路口瞬间输出 0 导致车身抖动。参数说明kp从 25 开始调仿真里因为电机模型没有惯性kp可以比实物大一些实物上超过 40 就会明显震荡base是直行时的占空比仿真环境不需要考虑电池压降取 60 就能稳定跑。注意unsigned char和signed char的强制转换51 的 Keil 编译器默认char是有符号的但不同工程设置下可能不同显式写signed char更保险。4.2 超声波测距与舵机分时扫描超声波和舵机是天生的一对舵机转到不同角度超声波测不同方向的距离取三个方向里最空的一侧绕行。麻烦在于两者都要定时器——舵机要 20ms 周期 PWM超声波要微秒级计时。51 上只有两个定时器一个被 50ms 时基占了只剩一个必须分时复用。我的做法是定时器 1 专职做舵机 PWM20ms 周期靠中断累加超声波测距用发 Trig 后软件轮询 Echo 高电平持续时间测距期间关掉舵机中断因为舵机中断周期是 20ms一次测距最长约 25ms 对应 4 米会冲突。测距本身每 200ms 做一次没必要连续测。舵机扫查策略是三步转到左 60 度等 300ms 让舵机到位测一次转到中 90 度等 300ms测一次转到右 120 度等 300ms测一次。三次测完做决策中位距离大于 20cm 就直行小于 20cm 就比较左右两次的距离往大的那边转。整个扫查周期约 1.2 秒对于慢速巡逻机器人够用。/* 舵机角度设置角度 0~180映射到 0.5~2.5ms 高电平 */ void servo_set(unsigned char angle) { /* 20ms 周期计数值 20000us / 1us高电平 500 angle*2000/180 */ servo_pulse_us 500 (unsigned int)angle * 2000 / 180; } /* 超声波测距返回厘米超时返回 255 */ unsigned char hcsr04_read(void) { unsigned int t 0; TRIG 0; delay_us(2); TRIG 1; delay_us(12); /* 至少 10us 高电平 */ TRIG 0; while (ECHO 0) { /* 等回升高电平 */ if (t 30000) return 255; } t 0; while (ECHO 1) { /* 测高电平宽度 */ delay_us(1); if (t 30000) return 255; } return (unsigned char)(t / 58); /* 微秒 / 58 厘米 */ } /* 三向扫查 避障决策200ms 周期调用 */ void avoid_task(void) { static unsigned char phase 0; unsigned char d_left, d_mid, d_right; switch (phase) { case 0: servo_set(60); break; /* 转左等 300ms */ case 1: d_left hcsr04_read(); break; case 2: servo_set(90); break; case 3: d_mid hcsr04_read(); break; case 4: servo_set(120); break; case 5: d_right hcsr04_read(); break; case 6: if (d_mid 20) { motor_set(60, 60); /* 前方通畅直行 */ } else if (d_left d_right) { motor_set(20, 70); /* 左转绕行 */ } else { motor_set(70, 20); /* 右转绕行 */ } servo_set(90); /* 扫完回中位 */ break; } phase (phase 1) % 7; }逻辑说明servo_set把角度换算成高电平微秒数具体输出靠定时器中断比较hcsr04_read先给 12 微秒触发脉冲再轮询 Echo用delay_us(1)累加计时除以 58 换算成厘米两个while都带超时保护防止模型不响应时死循环。参数说明delay_us(1)的精度取决于你的延时函数实现51 上建议用_nop_()校准t 30000对应约 5 米超过就认为无回波d_mid 20的 20cm 是避障阈值仿真里可以把阈值调小到 15cm 让动作更明显视频里更好看。注意avoid_task里的d_left、d_mid、d_right是局部变量跨case用会丢值——这三个变量必须改成static我第一版就写错了现象是左右比较永远是 0 比 0机器人原地不动。4.3 DHT11 与电位器模拟空气质量的读取DHT11 是单总线器件时序要求比较严主机拉低至少 18ms释放后等 DHT11 响应80 微秒低 80 微秒高然后连续读 40 位数据。在 Proteus 里DHT11 模型的时序容忍度比实物宽但也别在中断里读因为整个读过程接近 5ms中断会打断时序。空气质量用电位器模拟赛题的意图是让你把一个模拟量映射到 0~99 的范围99 最好、0 最差。STM32 直接用 ADC 读电位器分压51 需要外挂 ADC0832 或者用 RC 充放电做粗略采样。映射公式是线性的A 99 - adc * 99 / 255这样电位器拧到最小adc0时 A99拧到最大时 A0正好对应赛题的方向。/* DHT11 读一次温湿度成功返回 0 */ unsigned char dht11_read(unsigned char *temp, unsigned char *humi) { unsigned char buf[5] {0}; unsigned char i, j; DHT_DATA 0; delay_ms(20); /* 主机拉低至少 18ms */ DHT_DATA 1; delay_us(30); /* 释放总线等响应 */ if (DHT_DATA ! 0) return 1; /* 无响应 */ while (DHT_DATA 0); /* 80us 低 */ while (DHT_DATA 1); /* 80us 高 */ for (i 0; i 5; i) { for (j 0; j 8; j) { while (DHT_DATA 0); /* 每位以 50us 低开始 */ delay_us(40); /* 40us 后采样高为 1低为 0 */ buf[i] 1; if (DHT_DATA 1) { buf[i] | 1; while (DHT_DATA 1); } } } if ((unsigned char)(buf[0] buf[1] buf[2] buf[3]) ! buf[4]) return 2; /* 校验和错 */ *humi buf[0]; *temp buf[2]; return 0; } /* 空气质量映射adc 0~255 - A 99~0 */ unsigned char air_quality_map(unsigned char adc) { return (unsigned char)(99 - (unsigned int)adc * 99 / 255); }逻辑说明dht11_read严格按单总线时序走读 40 位后做校验和失败返回非 0调用方可以重试一次air_quality_map是一行线性映射注意先乘后除避免整数除法丢精度。参数说明delay_us(40)是关键采样点DHT11 的位 0 高电平约 26-28 微秒位 1 约 70 微秒40 微秒正好在中间如果仿真里读数一直是 0先把delay_us的整体基准调准用示波器看 DHT_DATA 的波形宽度对不对。DHT11 的湿度整数部分在 buf[0]、温度整数在 buf[2]小数部分在 buf[1] 和 buf[3]赛题只要求整数直接取整就行。5. 避坑与排查五个让仿真跑不起来或直接判不合格的坑这一章的五条每一条都是我在不同工程里真实撞过的现象、原因、解决按顺序写看到相似现象可以直接对号入座。5.1 仿真层的三个坑坑一工程在自己电脑上能跑换台机器打开就报模型缺失、仿真不动。现象是 Proteus 加载工程后弹出一串 No model 或 Cannot open file 提示点确定后图还在但点运行没有任何反应。原因是工程的 HEX 文件路径被保存成了绝对路径比如D:\work\robot\obj\main.hex换机器后这个路径不存在主控没有程序可加载自然不动。另一种情况是用了非标准库里的元件模型对方电脑没装。解决方式很直接把 HEX 文件复制到 Proteus 工程同目录在元件属性里改成相对路径main.hex同时把工程里所有元件换成 Proteus 标准库里的不用第三方模型。做完这两步把工程目录整个拷到另一台机器上打开验证一遍这十分钟必须花——赛题明确写了Proteus 工程打开后直接可以仿真如未整理好需要扣分。坑二液晶能显示英文中文全是乱码或者方框。现象是printf(C1 T:25)显示正常换成中文就花屏。原因是 LM016L 这类 1602 模型内置的是 ASCII 字符表根本没有中文字库你送进去的 GB2312 编码会被拆成两个无意义的 ASCII 字符显示。解决方式有两条路一是换成带中文字库的 12864 模型比如带 ST7920 控制器的型号初始化时开中文模式直接送 GB2312 编码二是继续用 1602自己取模建 8 个自定义字符但赛题要求显示巡检仓库 1返回巡检站这类整句中文8 个自定义字符远远不够所以第一条路才是正解。换模型之后记得同步改初始化指令序列12864 的指令集和 1602 完全不同直接照搬会白屏。坑三串口调试助手一个字节都收不到。现象是代码里uart_send_string明明执行了调试助手窗口一片空白。原因通常有三个TXD 和 RXD 接反了应该交叉不是直连、波特率不匹配代码 9600助手 115200、Proteus 里的 COMPIM 元件端口号和虚拟串口对不上。排查顺序是从物理层往上先看 COMPIM 属性里的端口号是不是虚拟串口对里的其中一个再看波特率和数据位最后看接线。有一个快速验证法——把单片机的 TXD 直接接到示波器或者虚拟终端Virtual Terminal上能看到波形说明单片机侧没问题问题在 COMPIM 配置看不到波形说明是代码里的串口初始化没生效回去查SCON、TMOD和波特率初值。5.2 提交层的两个坑坑四压缩包解压后发现工程有两份直接被判不合格。现象是自己检查觉得没问题评委打开一看Proteus文件夹里躺着robot.pdsproj和robot - 副本.pdsproj或者代码文件夹里有main.c和main_old.c。原因是开发过程中习惯性备份打包时没清理。赛题原文写得很死Proteus 仿真工程、代码工程、说明文档和录制的功能演示视频在提交的内容中都只能出现一份如出现多份一律不合格。 解决方式是在打包前做一次全目录扫描把所有*副本*、*old*、*.bak、*.pdsbak、Backup文件夹删干净代码工程里的Objects、Listings编译中间产物也可以删只留源码和工程文件。我现在固定用一个清理脚本跑一遍比人眼可靠。坑五文档属性或者视频画面里带了姓名、学校整包作废。现象是文档正文里明明没写名字但还是被判不合格。原因藏在三个地方Word 文档的作者属性默认取系统用户名Proteus 工程的注释字段可能留了创建者信息录屏时桌面右下角或者代码编辑器的标题栏显示了路径和用户名。解决方式是提交前做三件事Word 里进文件 - 信息 - 检查文档 - 删除个人信息Proteus 工程属性里的作者、公司字段清空录视频前把桌面清干净、编辑器标题栏隐藏或者用全屏模式。视频还要注意别录到聊天窗口和设备名。这一条没有任何技术含量但每年都有人栽在上面属于典型的不是不会是没想到。6. 提交前的自检与两层压缩包整理一份能一次过审的工程长什么样整理提交包这件事我现在的习惯是把它当成一个独立的工程来做而不是最后顺手打个包。因为评分细则里那几条一律不合格的条款全都是打包环节能规避的功能做得再好包整错了就是零分。先给一份我实际在用的自检表逐项打勾一项不过就不提交检查项合格标准常见失分点目录结构顶层一个编号文件夹内含 Proteus、代码、文档视频多套一层或者平铺工程唯一性Proteus、代码、文档、视频各一份备份文件、旧版本残留仿真可运行换机器打开直接点运行就有动作HEX 绝对路径、缺模型标识信息工程、文档、视频均无姓名单位文档属性、视频画面路径字符全英文、无空格、无中文中文路径解压后打不开压缩包两层密码按组织方给定顺序输入层数搞反、大小写错命名规范编号与报名信息一致手误打错一位两层压缩包这个设计本质上是为了防止参赛队在赛场外提前打开别人的包所以密码是外层一个、内层一个字符集里带#这类符号。实操上最容易翻车的是输入法——和#在中文输入法下是全角粘贴进去看着一样解压直接报密码错误。我现在固定先把密码粘到记事本里肉眼确认是全角还是半角再复制到解压窗口。清理和自检可以写成一个脚本打包前跑一遍比人眼扫一遍可靠得多#!/bin/bash # 提交前清理与自检在顶层编号文件夹的上一级执行 PKGJX2024-001 # 换成你的编号文件夹名 echo 1. 删除备份与中间产物 find $PKG -type f \( -name *副本* -o -name *~ -o -name *.bak \ -o -name *.pdsbak -o -name *.old \) -print -delete find $PKG -type d \( -name Backup -o -name Objects -o -name Listings \) \ -print -exec rm -rf {} echo 2. 检查顶层结构 ls -1 $PKG # 期望看到Proteus、代码、说明文档.docx、演示.mp4 echo 3. 检查各目录文件数量 for d in Proteus 代码; do echo -n $d: ; find $PKG/$d -type f | wc -l done echo 4. 检查中文路径与空格 find $PKG | grep -P [\x{4e00}-\x{9fa5}]|[ ] echo 存在中文或空格需改名 echo 5. 检查文档元数据 # 有 exiftool 的话可以直接看作者字段 exiftool $PKG/*.docx 2/dev/null | grep -i creator\|author脚本说明第一步用find按名字模式删备份文件-print -delete会先打印再删方便你确认没删错第二步到第四步是只读检查grep -P那段用来揪出中文和空格路径第五步依赖 exiftool没有就手动在 Word 里清。参数说明PKG变量换成你自己的编号文件夹名编号必须和报名信息完全一致我见过把001写成01的评委按编号找不到人直接没成绩。最后说一个我自己的教训。第一次交这类赛题的时候功能全做完了视频也录了打包前觉得就差压缩了五分钟的事结果外层内层密码顺序搞反评委解压失败按弃权处理。从那以后我每次打包都强制走一遍解压到一台干净机器上、从零打开工程、点运行、看三个功能是否完整走完的流程宁可多花二十分钟也不赌那一下。工程这东西自己电脑上能跑不算数别人电脑上能跑才算数。希望帮到你。本文还有配套的精品资源点击获取
简介这份资料是2024年江西省大学生科技创新竞赛电子专题设计竞赛仿真设计赛项的完整赛题说明文档面向备战省级电子设计竞赛的高校学生与指导教师尤其适合以Proteus仿真、STM32F1或51单片机为主控开展综合系统设计的参赛者。资源为1个PDF文件压缩包约567KB篇幅紧凑却信息密集系统交代了竞赛纪律、JX2024-XXX提交文件夹的命名与分层组织规则、工程与代码整理要求及雷同判定等注意事项并给出智能巡逻机器人赛题的完整任务书。内容围绕循迹、超声波避障、舵机方位检测、DHT11温湿度与空气质量采集、液晶中文显示和串口通信展开逐条列出开机蜂鸣与界面显示、仓库1与仓库2巡检停留、数据上报格式“C1 T:XX H:XX A:XX”、返航停止及串口强制返航等分项功能要求配有底盘属性、硬件框图与地图示意。已有651人学习可帮助读者快速把握赛题评分点、搭建仿真工程并逐项对照调试。1. 从一张 map.png 开始的仿真赛题这套 Proteus 工程到底考什么去年帮人看一份省级电子专题赛仿真赛道的提交包解压后两层密码进去发现 Proteus 工程打开直接报模型缺失代码工程里躺着三个版本的 main.c演示视频录了两遍。功能其实都做出来了但按评分细则里工程打开后直接可以仿真提交内容只能出现一份这两条直接判不合格。这类赛题省级电子专题赛仿真设计方向的残酷之处就在这儿它不考你会不会写代码考的是你能不能在离线、无外网、只有自带示例资料的条件下把一套智能巡逻机器人从原理图到代码到文档做成一个别人双击就能跑的黑匣子。这套资源包含 Proteus 工程、单片机代码、说明文档和功能演示视频核心任务是循迹、超声波避障、舵机扫查、DHT11 温湿度、电位器模拟空气质量、中文液晶显示和串口上报主控可选 51 或 STM32F1。适合正在备赛的人也适合想练一遍多传感器分时调度的嵌入式新手。2. 主控与外设落图51 和 STM32F1 两条路线怎么选、引脚怎么排选题第一步不是画图是定主控。这一步定错后面所有引脚分配、定时器分配、串口帧发送全要重排血泪经验是能不返工就别返工。2.1 51 与 STM32F1 的取舍不是性能问题是仿真模型问题赛题明确允许 STM32F1 系列或 51 系列很多人第一反应是 STM32 更强实际上在 Proteus 仿真场景里这个选择的判断维度完全不一样。51 路线以 AT89C52 为代表的优势是模型成熟、行为可预测。Proteus 里的 8051 模型经过多年迭代定时器、串口、外部中断的时序基本和实物一致不会出现代码没错但仿真不动的玄学。缺点是资源紧256 字节 RAM、8KB Flash中文液晶字库如果走自建字模光字模表就能吃掉一大半空间PWM 只能靠定时器软件翻转两路电机加一路舵机就是三个软件定时任务调度写不好就抖。STM32F1 路线Proteus 里常用 STM32F103R6的优势是外设齐三个通用定时器可以分别出两路电机 PWM 和一路 50Hz 舵机 PWMADC 直接读电位器模拟空气质量串口有余量可以留一路做调试打印。坑在于时钟树——Proteus 的 STM32 模型对 HSE 晶振模型比较敏感如果工程里选了外部晶振但晶振元件属性没配对代码会卡在RCC_WaitForHSEStartUp里死等现象就是仿真跑了但一行代码都没执行。我的建议是如果目标只是把赛题功能稳定跑通、留出时间打磨文档和视频选 51如果想把空气质量做成真实 ADC 采样、并且后续要扩展到更多外设选 STM32F1但一定要在工程里先把时钟配成内部 HSI绕开晶振模型这个不确定性。维度51AT89C52STM32F103对赛题的影响Proteus 模型成熟度高时序稳定中时钟配置敏感51 少踩坑定时器资源2 个 16 位多个含高级定时器STM32 出 PWM 更轻松ADC无需外挂 ADC0832内置 12 位空气质量采样 STM32 更直接RAM/Flash256B / 8KB20KB / 64KB中文字库 51 吃紧串口1 路多路都不影响赛题调试信息只能靠液晶可留一路串口打印STM32 排错快2.2 底盘四个模块在仿真里的等效接法赛题给的底盘包含超声波模块、电机模块、光电传感器、舵机模块还要求加载 map.png 作为地图底图。仿真里没有真实物理世界这四类模块都要用行为等价的模型替代理解这一点比接线本身重要。电机模块Proteus 里没有能真实转动的轮子常见做法是用 L298N 驱动模型带两个直流电机模型MOTOR 或 MOTOR-PWM电机的转速属性受驱动占空比影响你可以在电机两端挂示波器看波形用占空比判断转向逻辑对不对。循迹和避障的逻辑正确性靠的是电机转向组合不是转速绝对值所以不必纠结模型转速和实物是否一致。光电传感器用五路左二、中、右二模拟光电对管压黑线时输出低电平白底输出高电平。Proteus 里可以用开关手动切换也可以用信号源按预设时序翻转做自测时手动切换反而更方便验证权重算法。超声波模块用 SRF04 或 HC-SR04 模型Trig 给 10 微秒以上高电平触发Echo 输出高电平脉宽距离换算常见公式是脉宽微秒除以 58 得到厘米。赛题只要求避障不要求精度所以回声脉宽可以直接用模型默认值不必做温度补偿。舵机模块用 SERVO 模型控制信号是 20ms 周期的 PWM高电平 0.5ms 到 2.5ms 对应 0 到 180 度1.5ms 是中位。这里有个容易翻车的点舵机模型的供电属性默认可能是 5V如果原理图里给了 3.3V模型不报错但不动现象很像PWM 没输出。map.png 只是底图不参与电气仿真。机器人在地图上的位置靠代码里的逻辑坐标维护这一点想通了后面状态机就好写——你不需要真的让模型在地图上移动只需要让液晶和串口的状态跟逻辑坐标一致。2.3 引脚分配表与最小可仿真原则引脚分配要在画图之前定死写成宏定义后面改一处就能全局生效。下面是一份可以直接照抄的分配参考51 和 STM32 各一列注意 51 的 P3.2、P3.3 被外部中断占用按键和超声波 Trig 要避开。功能51AT89C52STM32F103电气注意五路光电循迹P1.0 ~ P1.4PB0 ~ PB4压黑线为低左电机 PWM / 方向P2.0 / P2.1PA0 / PA1接 L298N IN1、IN2右电机 PWM / 方向P2.2 / P2.3PA2 / PA3接 L298N IN3、IN4超声波 Trig / EchoP1.5 / P3.3PB6 / PB7Echo 走外部中断或输入捕获舵机 PWMP2.4PA620ms 周期1.5ms 中位DHT11 DATAP3.4PB5单总线上拉 4.7k空气质量电位器P1.6经 ADC0832PA40~255 线性映射到 0~99液晶数据口P0PB8 ~ PB15并口 8 位液晶控制线P3.5 / P3.6 / P3.7PC0 ~ PC2RS / RW / EN按键 K1P3.2PC13下拉输入按下为高蜂鸣器P2.5PC14三极管驱动勿直连分配完之后先做一个最小可仿真版本只放主控、晶振、复位、电源和液晶代码里只写液晶初始化加一行显示确认能跑起来。这一步花十分钟能省掉后面几小时的排查——因为一旦全图铺开再出问题你无法判断是液晶模型、电源还是主控配置的锅。/* pins.h —— 引脚宏定义改主控只改这一个文件 */ #ifndef __PINS_H #define __PINS_H #ifdef MCU_51 #include reg52.h sbit TRIG P1^5; /* 超声波触发 */ sbit SERVO P2^4; /* 舵机 PWM */ sbit DHT_DATA P3^4; /* DHT11 单总线 */ sbit KEY1 P3^2; /* 启动按键 */ sbit BUZZER P2^5; /* 蜂鸣器低电平鸣响 */ #define TRACE_PORT P1 /* 低 5 位为五路光电 */ #else #include stm32f10x.h #define TRIG_PORT GPIOB #define TRIG_PIN GPIO_Pin_6 #define SERVO_PIN GPIO_Pin_6 /* PA6, TIM3_CH1 */ #define DHT_PORT GPIOB #define DHT_PIN GPIO_Pin_5 #define KEY_PORT GPIOC #define KEY_PIN GPIO_Pin_13 #define BUZZER_PORT GPIOC #define BUZZER_PIN GPIO_Pin_14 #endif #endif这段宏定义的作用是把主控差异收敛到一个头文件里。参数说明TRIG和SERVO在 51 上分别落在 P1.5 和 P2.4避开了 P3.2、P3.3 两个中断脚STM32 侧把舵机放在 PA6 上是因为 PA6 对应 TIM3_CH1可以直接用硬件 PWM不用软件模拟。BUZZER用低电平鸣响是照顾常见的三极管驱动电路如果你的原理图里蜂鸣器直接接 IO就要把极性反过来否则上电三响会变成上电长鸣——这是我在第一版工程里踩过的坑录视频的时候才发现重录了一遍。3. 把功能条款翻成状态机7 个状态、4 位秒计时与串口帧赛题的功能描述是按功能 1 到功能 4写的看起来是四条独立要求实际执行是一条时间线上串起来的流程。直接照着条款写if-else代码会迅速失控正确做法是先画状态迁移图再把每个状态的动作拆成进入时做什么、停留期间做什么、退出时做什么。3.1 七状态迁移表与四位秒计时把整个巡检流程拆成七个状态待机、前往仓库 1、在仓库 1 停留、前往仓库 2、在仓库 2 停留、返回巡检站、已停止。每个状态的进入条件、停留时长、输出动作都不一样用表格锁死比在脑子里想清楚可靠得多。状态进入条件持续动作停留时长退出条件S0 待机上电完成液晶显示开机界面蜂鸣器三响不定K1 按下S1 前往仓库1S0 退出循迹 避障黄灯闪烁液晶第四行计时不定到达仓库1S2 仓库1 报告S1 退出液晶切报告页串口发 C1 帧20 秒定时到S3 前往仓库2S2 退出循迹 避障黄灯闪烁不定到达仓库2S4 仓库2 报告S3 退出液晶切报告页串口发 C2 帧5 秒定时到S5 返回巡检站S4 退出循迹 避障黄灯闪烁不定回到起点S6 已停止S5 退出液晶显示停止页电机停转常驻无除非收到返航指令这里有两个设计要点。第一到达的判据不是时间是循迹传感器组合——必须在代码里定义清楚什么样的五路电平组合算到点标记否则状态永远退不出去。第二功能 4 要求串口指令能强制立即返航这条指令要能在除 S6 之外的任何状态被响应所以它不能写在某个状态的case里而要放在主循环的状态机之外做优先级最高的判断。四位秒计时用定时器中断做时基50ms 一次累加 20 次就是 1 秒。不要在中断里做液晶刷新中断只负责置标志位和计数刷新放主循环否则液晶时序会被打断Proteus 里表现为屏幕偶发花屏。/* 50ms 定时器中断只做计数不做耗时操作 */ volatile unsigned int g_tick50ms 0; volatile unsigned long g_seconds 0; volatile unsigned char g_flag_1s 0; void Timer0_ISR(void) interrupt 1 { /* 51: 12MHz 晶振50ms 定时初值 65536 - 50000 15536 */ TH0 0x3C; TL0 0xB0; if (g_tick50ms 20) { g_tick50ms 0; g_seconds; /* 全局秒计数供液晶四位显示 */ g_flag_1s 1; /* 1 秒事件标志主循环消费 */ } }逻辑说明中断服务函数只做三件事——重装初值、累加 50ms 计数、满 20 次进位到秒并置 1 秒标志。参数说明初值 15536 对应 12MHz 晶振下的 50ms 定时如果你的工程晶振属性设成了 11.0592MHz这个初值必须重算否则计时会慢约 8%20 秒停留实际变成 21.6 秒液晶上的 4 位秒数对不上评委会认为计时功能不合格。这一点在 Proteus 里尤其容易忽略因为主控元件的晶振频率是个双击就能改的属性默认值和你的代码假设经常不一致。3.2 串口帧格式与上报时机赛题给的帧格式是C1 T:XX H:XX A:XX其中 C1 表示仓库 1T 是温度H 是湿度A 是空气质量99 最好、0 最差。三个数值都是整数帧尾建议加回车换行串口调试助手才能一行一行显示。上报时机是这道题的一个隐藏考点进入报告状态后立即发一次还是停留期间周期性发赛题写的是串口通信模块打开远程传输数据没有明确要求周期但从需要手动调整传感器数值对应改变这句看评委大概率会在停留的 20 秒里拧电位器观察数值是否跟着变。所以稳妥做法是停留期间每 2 秒发一帧20 秒共 10 帧既能体现实时性又不会把串口缓冲塞满。/* 组帧并发送注意 sprintf 在 51 上开销大可用定长拼接替代 */ void report_send(unsigned char site, unsigned char t, unsigned char h, unsigned char a) { char buf[24]; /* site: 1 或 2数值均限制在 0~99保证格式固定 */ #ifdef MCU_51 sprintf(buf, C%bu T:%bu H:%bu A:%bu\r\n, site, t, h, a); #else sprintf(buf, C%d T:%d H:%d A:%d\r\n, site, t, h, a); #endif uart_send_string(buf); } /* 报告状态内的周期上报逻辑 */ void state_report(unsigned char site, unsigned char hold_sec) { static unsigned int last_sec 0; if (g_seconds - last_sec 2) { /* 每 2 秒发一帧 */ last_sec g_seconds; report_send(site, dht_temp, dht_humi, air_quality); } if (g_seconds - state_enter_sec hold_sec) { state_next(); /* 停留时间到迁移到下一状态 */ } }逻辑说明report_send只负责组帧和发送不关心当前处于哪个状态state_report用g_seconds的差值做周期判断避免了额外的软件定时器。参数说明site传 1 或 2 决定帧头是 C1 还是 C2hold_sec传 20 或 5对应仓库 1 和仓库 2 的停留时长last_sec用static保存状态切换时要记得清零否则从仓库 1 切到仓库 2 时会继承上一个状态的计时基准第一帧可能延迟发出。这个static变量忘了清的问题我在两个不同项目里都见过属于典型的状态机残留 bug。3.3 按键消抖与蜂鸣器三响上电蜂鸣器鸣响三次这个动作如果写成for(i0;i3;i){BUZZER0;delay(200);BUZZER1;delay(200);}主循环会被阻塞将近 1.2 秒这期间液晶初始化和串口初始化都做不了屏幕会出现一段空白再亮起来。虽然赛题不扣这个分但视频里看着很毛糙。正确做法是把三响做成非阻塞状态用一个计数器记录当前响到第几次用 1 秒标志位驱动每 200ms 翻转一次电平六次翻转完成三响。这样主循环在响的过程中照常跑初始化。按键消抖同理。K1 是启动键按下后进入工作状态这个动作必须只触发一次不能在按住期间反复触发。常见做法是 20ms 采样一次连续两次读到低电平才确认按下松开时同理。/* 非阻塞蜂鸣器三响在 1 秒标志或 100ms 时基里调用 */ void buzzer_task(void) { static unsigned char step 0; /* 0~5共六次翻转 */ static unsigned int last_ms 0; if (step 6) return; /* 三响完成直接退出 */ if (millis() - last_ms 200) return; last_ms millis(); BUZZER ~BUZZER; /* 翻转电平 */ step; } /* 按键扫描20ms 周期调用返回 1 表示一次有效按下 */ unsigned char key_scan(void) { static unsigned char cnt 0; static unsigned char last 1; unsigned char now KEY1; if (now ! last) { /* 电平变化重新计数 */ cnt 0; last now; return 0; } if (cnt 2) { cnt; return 0; } /* 连续两次一致才确认 */ if (now 0 cnt 2) { /* 下降沿有效 */ cnt 3; /* 锁定等松开 */ return 1; } return 0; }逻辑说明buzzer_task靠millis()差值驱动六次翻转对应三响全程不阻塞key_scan用连续两次采样一致 边沿锁定的方式消抖cnt到 3 之后不再返回 1避免长按重复触发。参数说明200ms 是蜂鸣器响/停的单次时长可根据蜂鸣器模型的响应速度调key_scan的调用周期必须是 20ms 左右太快会采样到抖动太慢会漏按。51 上没有millis()用前面的g_tick50ms换算即可这里写成millis()是为了让两种主控共用同一套逻辑。4. 循迹、避障、舵机扫查三段控制逻辑在仿真里的可跑通写法功能条款里自动循迹、避障到达指定仓库这一句展开来是三套独立又互相打断的逻辑循迹决定往哪走避障决定要不要停舵机扫查决定往哪绕。这三套逻辑如果各写各的定时器仿真里必然打架合理做法是全部挂在一个 20ms 的控制节拍上按优先级顺序执行。4.1 五路光电的位置式循迹五路光电从左到右记为 L2、L1、M、R1、R2压黑线输出低电平。最朴素的做法是穷举 32 种组合写switch能跑但没法调参更实用的做法是权重法给每一路一个权重加权求和得到偏差量偏差为正说明偏右为负说明偏左再用比例控制修正左右轮占空比。权重取 -2、-1、0、1、2偏差范围是 -2 到 2。偏差乘以一个比例系数 Kp 得到修正量左轮占空比 基础值 修正量右轮 基础值 - 修正量。Kp 太大会左右摇摆太小会弯道跟不上常见起步值是 30基础占空比 60 的情况下。/* 五路循迹返回 -2~2 的偏差0 表示居中 */ signed char trace_error(void) { unsigned char v TRACE_PORT 0x1F; /* 取低 5 位 */ signed char err 0; unsigned char i; /* 权重从高到低bit4R2(2) ... bit0L2(-2) */ for (i 0; i 5; i) { if (!(v (1 i))) { /* 低电平表示压线 */ err (signed char)(i - 2); /* 映射到 -2 ~ 2 */ } } /* 全黑或全白视为丢线沿用上一次偏差 */ if (v 0x00 || v 0x1F) { static signed char last_err 0; return last_err; } return err; } /* 循迹控制20ms 调用一次 */ void trace_task(void) { signed char e trace_error(); int base 60; /* 基础占空比单位 % */ int kp 25; /* 比例系数调试起点 */ int left base e * kp; int right base - e * kp; if (left 0) left 0; if (left 100) left 100; if (right 0) right 0; if (right 100) right 100; motor_set(left, right); }逻辑说明trace_error遍历五位压线的位按位置加权累加得到 -2 到 2 的偏差全黑0x00和全白0x1F都判为丢线沿用上一次偏差避免在路口瞬间输出 0 导致车身抖动。参数说明kp从 25 开始调仿真里因为电机模型没有惯性kp可以比实物大一些实物上超过 40 就会明显震荡base是直行时的占空比仿真环境不需要考虑电池压降取 60 就能稳定跑。注意unsigned char和signed char的强制转换51 的 Keil 编译器默认char是有符号的但不同工程设置下可能不同显式写signed char更保险。4.2 超声波测距与舵机分时扫描超声波和舵机是天生的一对舵机转到不同角度超声波测不同方向的距离取三个方向里最空的一侧绕行。麻烦在于两者都要定时器——舵机要 20ms 周期 PWM超声波要微秒级计时。51 上只有两个定时器一个被 50ms 时基占了只剩一个必须分时复用。我的做法是定时器 1 专职做舵机 PWM20ms 周期靠中断累加超声波测距用发 Trig 后软件轮询 Echo 高电平持续时间测距期间关掉舵机中断因为舵机中断周期是 20ms一次测距最长约 25ms 对应 4 米会冲突。测距本身每 200ms 做一次没必要连续测。舵机扫查策略是三步转到左 60 度等 300ms 让舵机到位测一次转到中 90 度等 300ms测一次转到右 120 度等 300ms测一次。三次测完做决策中位距离大于 20cm 就直行小于 20cm 就比较左右两次的距离往大的那边转。整个扫查周期约 1.2 秒对于慢速巡逻机器人够用。/* 舵机角度设置角度 0~180映射到 0.5~2.5ms 高电平 */ void servo_set(unsigned char angle) { /* 20ms 周期计数值 20000us / 1us高电平 500 angle*2000/180 */ servo_pulse_us 500 (unsigned int)angle * 2000 / 180; } /* 超声波测距返回厘米超时返回 255 */ unsigned char hcsr04_read(void) { unsigned int t 0; TRIG 0; delay_us(2); TRIG 1; delay_us(12); /* 至少 10us 高电平 */ TRIG 0; while (ECHO 0) { /* 等回升高电平 */ if (t 30000) return 255; } t 0; while (ECHO 1) { /* 测高电平宽度 */ delay_us(1); if (t 30000) return 255; } return (unsigned char)(t / 58); /* 微秒 / 58 厘米 */ } /* 三向扫查 避障决策200ms 周期调用 */ void avoid_task(void) { static unsigned char phase 0; unsigned char d_left, d_mid, d_right; switch (phase) { case 0: servo_set(60); break; /* 转左等 300ms */ case 1: d_left hcsr04_read(); break; case 2: servo_set(90); break; case 3: d_mid hcsr04_read(); break; case 4: servo_set(120); break; case 5: d_right hcsr04_read(); break; case 6: if (d_mid 20) { motor_set(60, 60); /* 前方通畅直行 */ } else if (d_left d_right) { motor_set(20, 70); /* 左转绕行 */ } else { motor_set(70, 20); /* 右转绕行 */ } servo_set(90); /* 扫完回中位 */ break; } phase (phase 1) % 7; }逻辑说明servo_set把角度换算成高电平微秒数具体输出靠定时器中断比较hcsr04_read先给 12 微秒触发脉冲再轮询 Echo用delay_us(1)累加计时除以 58 换算成厘米两个while都带超时保护防止模型不响应时死循环。参数说明delay_us(1)的精度取决于你的延时函数实现51 上建议用_nop_()校准t 30000对应约 5 米超过就认为无回波d_mid 20的 20cm 是避障阈值仿真里可以把阈值调小到 15cm 让动作更明显视频里更好看。注意avoid_task里的d_left、d_mid、d_right是局部变量跨case用会丢值——这三个变量必须改成static我第一版就写错了现象是左右比较永远是 0 比 0机器人原地不动。4.3 DHT11 与电位器模拟空气质量的读取DHT11 是单总线器件时序要求比较严主机拉低至少 18ms释放后等 DHT11 响应80 微秒低 80 微秒高然后连续读 40 位数据。在 Proteus 里DHT11 模型的时序容忍度比实物宽但也别在中断里读因为整个读过程接近 5ms中断会打断时序。空气质量用电位器模拟赛题的意图是让你把一个模拟量映射到 0~99 的范围99 最好、0 最差。STM32 直接用 ADC 读电位器分压51 需要外挂 ADC0832 或者用 RC 充放电做粗略采样。映射公式是线性的A 99 - adc * 99 / 255这样电位器拧到最小adc0时 A99拧到最大时 A0正好对应赛题的方向。/* DHT11 读一次温湿度成功返回 0 */ unsigned char dht11_read(unsigned char *temp, unsigned char *humi) { unsigned char buf[5] {0}; unsigned char i, j; DHT_DATA 0; delay_ms(20); /* 主机拉低至少 18ms */ DHT_DATA 1; delay_us(30); /* 释放总线等响应 */ if (DHT_DATA ! 0) return 1; /* 无响应 */ while (DHT_DATA 0); /* 80us 低 */ while (DHT_DATA 1); /* 80us 高 */ for (i 0; i 5; i) { for (j 0; j 8; j) { while (DHT_DATA 0); /* 每位以 50us 低开始 */ delay_us(40); /* 40us 后采样高为 1低为 0 */ buf[i] 1; if (DHT_DATA 1) { buf[i] | 1; while (DHT_DATA 1); } } } if ((unsigned char)(buf[0] buf[1] buf[2] buf[3]) ! buf[4]) return 2; /* 校验和错 */ *humi buf[0]; *temp buf[2]; return 0; } /* 空气质量映射adc 0~255 - A 99~0 */ unsigned char air_quality_map(unsigned char adc) { return (unsigned char)(99 - (unsigned int)adc * 99 / 255); }逻辑说明dht11_read严格按单总线时序走读 40 位后做校验和失败返回非 0调用方可以重试一次air_quality_map是一行线性映射注意先乘后除避免整数除法丢精度。参数说明delay_us(40)是关键采样点DHT11 的位 0 高电平约 26-28 微秒位 1 约 70 微秒40 微秒正好在中间如果仿真里读数一直是 0先把delay_us的整体基准调准用示波器看 DHT_DATA 的波形宽度对不对。DHT11 的湿度整数部分在 buf[0]、温度整数在 buf[2]小数部分在 buf[1] 和 buf[3]赛题只要求整数直接取整就行。5. 避坑与排查五个让仿真跑不起来或直接判不合格的坑这一章的五条每一条都是我在不同工程里真实撞过的现象、原因、解决按顺序写看到相似现象可以直接对号入座。5.1 仿真层的三个坑坑一工程在自己电脑上能跑换台机器打开就报模型缺失、仿真不动。现象是 Proteus 加载工程后弹出一串 No model 或 Cannot open file 提示点确定后图还在但点运行没有任何反应。原因是工程的 HEX 文件路径被保存成了绝对路径比如D:\work\robot\obj\main.hex换机器后这个路径不存在主控没有程序可加载自然不动。另一种情况是用了非标准库里的元件模型对方电脑没装。解决方式很直接把 HEX 文件复制到 Proteus 工程同目录在元件属性里改成相对路径main.hex同时把工程里所有元件换成 Proteus 标准库里的不用第三方模型。做完这两步把工程目录整个拷到另一台机器上打开验证一遍这十分钟必须花——赛题明确写了Proteus 工程打开后直接可以仿真如未整理好需要扣分。坑二液晶能显示英文中文全是乱码或者方框。现象是printf(C1 T:25)显示正常换成中文就花屏。原因是 LM016L 这类 1602 模型内置的是 ASCII 字符表根本没有中文字库你送进去的 GB2312 编码会被拆成两个无意义的 ASCII 字符显示。解决方式有两条路一是换成带中文字库的 12864 模型比如带 ST7920 控制器的型号初始化时开中文模式直接送 GB2312 编码二是继续用 1602自己取模建 8 个自定义字符但赛题要求显示巡检仓库 1返回巡检站这类整句中文8 个自定义字符远远不够所以第一条路才是正解。换模型之后记得同步改初始化指令序列12864 的指令集和 1602 完全不同直接照搬会白屏。坑三串口调试助手一个字节都收不到。现象是代码里uart_send_string明明执行了调试助手窗口一片空白。原因通常有三个TXD 和 RXD 接反了应该交叉不是直连、波特率不匹配代码 9600助手 115200、Proteus 里的 COMPIM 元件端口号和虚拟串口对不上。排查顺序是从物理层往上先看 COMPIM 属性里的端口号是不是虚拟串口对里的其中一个再看波特率和数据位最后看接线。有一个快速验证法——把单片机的 TXD 直接接到示波器或者虚拟终端Virtual Terminal上能看到波形说明单片机侧没问题问题在 COMPIM 配置看不到波形说明是代码里的串口初始化没生效回去查SCON、TMOD和波特率初值。5.2 提交层的两个坑坑四压缩包解压后发现工程有两份直接被判不合格。现象是自己检查觉得没问题评委打开一看Proteus文件夹里躺着robot.pdsproj和robot - 副本.pdsproj或者代码文件夹里有main.c和main_old.c。原因是开发过程中习惯性备份打包时没清理。赛题原文写得很死Proteus 仿真工程、代码工程、说明文档和录制的功能演示视频在提交的内容中都只能出现一份如出现多份一律不合格。 解决方式是在打包前做一次全目录扫描把所有*副本*、*old*、*.bak、*.pdsbak、Backup文件夹删干净代码工程里的Objects、Listings编译中间产物也可以删只留源码和工程文件。我现在固定用一个清理脚本跑一遍比人眼可靠。坑五文档属性或者视频画面里带了姓名、学校整包作废。现象是文档正文里明明没写名字但还是被判不合格。原因藏在三个地方Word 文档的作者属性默认取系统用户名Proteus 工程的注释字段可能留了创建者信息录屏时桌面右下角或者代码编辑器的标题栏显示了路径和用户名。解决方式是提交前做三件事Word 里进文件 - 信息 - 检查文档 - 删除个人信息Proteus 工程属性里的作者、公司字段清空录视频前把桌面清干净、编辑器标题栏隐藏或者用全屏模式。视频还要注意别录到聊天窗口和设备名。这一条没有任何技术含量但每年都有人栽在上面属于典型的不是不会是没想到。6. 提交前的自检与两层压缩包整理一份能一次过审的工程长什么样整理提交包这件事我现在的习惯是把它当成一个独立的工程来做而不是最后顺手打个包。因为评分细则里那几条一律不合格的条款全都是打包环节能规避的功能做得再好包整错了就是零分。先给一份我实际在用的自检表逐项打勾一项不过就不提交检查项合格标准常见失分点目录结构顶层一个编号文件夹内含 Proteus、代码、文档视频多套一层或者平铺工程唯一性Proteus、代码、文档、视频各一份备份文件、旧版本残留仿真可运行换机器打开直接点运行就有动作HEX 绝对路径、缺模型标识信息工程、文档、视频均无姓名单位文档属性、视频画面路径字符全英文、无空格、无中文中文路径解压后打不开压缩包两层密码按组织方给定顺序输入层数搞反、大小写错命名规范编号与报名信息一致手误打错一位两层压缩包这个设计本质上是为了防止参赛队在赛场外提前打开别人的包所以密码是外层一个、内层一个字符集里带#这类符号。实操上最容易翻车的是输入法——和#在中文输入法下是全角粘贴进去看着一样解压直接报密码错误。我现在固定先把密码粘到记事本里肉眼确认是全角还是半角再复制到解压窗口。清理和自检可以写成一个脚本打包前跑一遍比人眼扫一遍可靠得多#!/bin/bash # 提交前清理与自检在顶层编号文件夹的上一级执行 PKGJX2024-001 # 换成你的编号文件夹名 echo 1. 删除备份与中间产物 find $PKG -type f \( -name *副本* -o -name *~ -o -name *.bak \ -o -name *.pdsbak -o -name *.old \) -print -delete find $PKG -type d \( -name Backup -o -name Objects -o -name Listings \) \ -print -exec rm -rf {} echo 2. 检查顶层结构 ls -1 $PKG # 期望看到Proteus、代码、说明文档.docx、演示.mp4 echo 3. 检查各目录文件数量 for d in Proteus 代码; do echo -n $d: ; find $PKG/$d -type f | wc -l done echo 4. 检查中文路径与空格 find $PKG | grep -P [\x{4e00}-\x{9fa5}]|[ ] echo 存在中文或空格需改名 echo 5. 检查文档元数据 # 有 exiftool 的话可以直接看作者字段 exiftool $PKG/*.docx 2/dev/null | grep -i creator\|author脚本说明第一步用find按名字模式删备份文件-print -delete会先打印再删方便你确认没删错第二步到第四步是只读检查grep -P那段用来揪出中文和空格路径第五步依赖 exiftool没有就手动在 Word 里清。参数说明PKG变量换成你自己的编号文件夹名编号必须和报名信息完全一致我见过把001写成01的评委按编号找不到人直接没成绩。最后说一个我自己的教训。第一次交这类赛题的时候功能全做完了视频也录了打包前觉得就差压缩了五分钟的事结果外层内层密码顺序搞反评委解压失败按弃权处理。从那以后我每次打包都强制走一遍解压到一台干净机器上、从零打开工程、点运行、看三个功能是否完整走完的流程宁可多花二十分钟也不赌那一下。工程这东西自己电脑上能跑不算数别人电脑上能跑才算数。希望帮到你。本文还有配套的精品资源点击获取
